Disciplina: ACH4064 Linguagem Química e Reações Químicas 2. Roteiro de Aula Prática. TEMA: Equilíbrio Químico e Cinética

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1 Disciplina: ACH4064 Linguagem Química e Reações Químicas 2 Roteiro de Aula Prática TEMA: Equilíbrio Químico e Cinética INTRODUÇÃO Todos os processos químicos em sistemas fechados tendem a um estado de equilíbrio. Em termos macroscópicos, é possível perceber mudanças no sistema até que um equilíbrio seja atingido, quando então parece que as coisas param de acontecer. Na verdade elas continuam acontecendo, só que no equilíbrio para cada reação ocorrendo existe a reação inversa ocorrendo à mesma velocidade. É isso que dá uma aparência estática ao sistema. Convém lembrar que há sistemas fora do equilíbrio nos quais nada parece estar ocorrendo. Uma mistura de hidrogênio e oxigênio, por exemplo, permanece indefinidamente com a mesma aparência. Basta uma faísca, no entanto, e ocorrerá uma explosão. É que a mistura não estava no equilíbrio: simplesmente tendia para ele muito lentamente. A faísca apenas acelera o processo, isto é, altera a cinética da reação. O que levaria séculos, passa a ocorrer numa fração de segundo. Num verdadeiro equilíbrio, isto não aconteceria: um estado de equilíbrio é uma espécie de fundo de poço, reagindo a qualquer perturbação no sentido de manter a situação original. Essa, aliás, é a essência do Princípio de Le Chatelier: "Quando perturbado, um sistema em equilíbrio reage no sentido de contrabalançar a perturbação". Nesta prática, faremos uma investigação qualitativa de alguns estados de equilíbrio, dando ênfase ao efeito de perturbações externas. Uma certa familiaridade com esses fenômenos é indispensável à formação de qualquer químico. Muitos equilíbrios, especialmente os de solubilidade, são à base da Química Analítica clássica; conhecendo as características de um estado de equilíbrio poderemos influenciar a composição de um sistema (numa indústria, por exemplo) de acordo com os nossos interesses. Antes de vir ao laboratório você deve recordar quais são as características de um estado de equilíbrio e qual o efeito de perturbações externas sobre ele. É importante também rever a teoria dos equilíbrios de solubilidade, inclusive os seus aspectos quantitativos. 1

2 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL Parte 1: Equilíbrio ácido e básico 1. Força dos ácidos Coloque em 2 tubos de ensaio distintos algumas gotas de solução 0,1 mol L -1 de ácido clorídrico e ácido acético. Mergulhe em, a cada um dos tubos, papel do indicador universal. Observe a coloração de cada um dos tubos. Compare a cor da solução com as da escala padrão. Procure o pka de cada ácido e explique a possível diferença de força. 2. ph de diferentes soluções Compare o ph de soluções dos seguintes sais: 0,1 mol/l de NaCl 0,1 mol/l de NaHCO 3 0,1 mol/l de NH 4 Cl Busque uma maneira de explicar se é o cátion ou o ânion que define a acidez ou a basicidade destas soluções. Parte 2: Equilíbrio e solubilidade 1. Precipitação Coloque em um tubo de ensaio 3 a 4 ml de solução 0,1 mol/l de acetato de chumbo e adicione, gota a gota, agitando sempre, solução 0,1 mol/l de iodeto de potássio. Observe a cor do precipitado. Aqueça o tubo de ensaio em banho-maria e observe. Deixe esfriar lentamente e observe novamente; se for necessário agite o tubo. Informe o Kps da reação. 2. Precipitação fracionada Coloque em um tubo de ensaio cerca de 2 ml de água destilada e adicione 10 gotas da solução 0,1 mol/l de dicromato de potássio e algumas gotas de solução 0,1 mol/l nitrato de prata. Atenção: Evite contato do nitrato de prata com a pele. Observe a cor do precipitado formado. Informe o valor do Kps da reação. Adicione a seguir, no mesmo tubo, 2 gotas de solução de 0,1 mol/l cloreto de sódio e observe novamente a cor do precipitado. Informe o valor do Kps da reação. Adicione em seguida, gota a gota, com agitação vigorosa, uma solução de nitrato de prata até ocorrer mudança permanente de cor. Observe as cores dos precipitados e explique. Informe o valor do Kps da reação. 2

3 Parte 3: Fatores que afetam o equilíbrio 1. Efeito da pressão (demonstrativo) Prepare o gás NO 2 a partir da adição lenta de ácido nítrico a cobre metálico. Capture o gás gerado com uma seringa grande e transfira para dois balões volumétricos de 50 ml vendando-os bem e reserve para a experiência posterior. Em seguida, capture o gás gerado com a seringa e vede-a com uma rolha. Pressione e afrouxe o embolo da seringa observando o que ocorre com a coloração do gás 2. Efeito da temperatura Observe o frasco contendo óxido de nitrogênio. Coloque-o em um béquer com água quente e observe o que ocorre a medida que entra em equilíbrio térmico. Coloque em seguida o frasco em um béquer com água gelada e aguarde entrar em equilíbrio térmico. Observe e explique. 3. Efeito da concentração Coloque, em 2 tubos de ensaio, 2 gotas de solução 1 mol L -1 de cloreto de cobalto. Adicione a um dos tubos um pouco mais de água destilada e observe. Ao tubo que não recebeu água adicione cerca de 1 ml de ácido clorídrico concentrado (cuidado com o manuseio do ácido). Divida essa solução em dois tubos de ensaio e adicione aos poucos água destilada agitando. Observe as mudanças de coloração. 4. Deslocamento do equilíbrio Um dos grupos irá preparar uma solução de Fe(SCN) 2+, pipetando 5 ml de Fe(NO 3 ) 3 0,2 mol/l e 5 ml de KSCN para um balão volumétrico de 250 ml. Avolumar o balão com água destilada e homogeneizar. (Balão A) Em quatro tubos de ensaio grandes faça as adições da tabela a seguir: Tubo Balão A KSCN 0,2M Fe(NO 3 ) 3 0,2M AgNO 3 0,1M Água destilada 1 4 ml ml 2 4mL 2 ml ml 3 4mL ml ml 4 4mL gotas 6 ml Anotar o que aconteceu em cada tubo e explicar o efeito no equilíbrio químico. 3

4 EXPERIMENTOS SOBRE CINÉTICA IMPORTANTE Esse documento apresenta o roteiro que você deve seguir para elaborar o relatório dos experimentos sobre cinética. Organize o conteúdo do relatório seguindo a estrutura apresentada para que você compreenda melhor os conceitos envolvidos no experimento. Os itens numerados ajudam a identificar os passos a serem seguidos para elaborar o relatório. Cada equipe de trabalho deve apresentar um único relatório consolidando os dados experimentais obtidos, os cálculos e as interpretações. Identifique o nome dos integrantes da equipe de trabalho na capa do relatório. PARTE 4: Avaliação dos fatores que alteram a velocidade das reações químicas Objetivo do experimento Comparar a velocidade de dissolução de comprimido efervescente de vitamina C em água, variando (i) a temperatura, (ii) a quantidade de reagente e (iii) o estado de agregação (superfície de contato). Resultados 1) Faça um gráfico para representar os dados coletados pelo seu grupo. O eixo x representa as situações experimentais estudadas na seguinte ordem: comprimido inteiro, metade, ½ e ½ pulverizado. O eixo y representa o tempo observado para a completa dissolução do comprimido. Utilize a tabela a seguir para organizar os dados para a elaboração do gráfico. Essa será uma das tabelas do relatório. Condição experimental Massa (g) Tempo de dissolução (s) Inteiro Metade ½ ½ pulverizado A figura a seguir esboça o gráfico que deve ser apresentado no relatório. Considere a utilização de barras para representar o tempo. 4

5 2) Os resultados obtidos pelo seu grupo estão de acordo com o esperado? Considere a quantidade de reagente no início da reação e o estado de agregação para elaborar a sua resposta. Utilize até 10 linhas (ou 300 palavras) para justificar sua resposta utilizando suas próprias palavras. 3) Considere o tempo de dissolução de metade do comprimido nas diferentes temperaturas estudadas pela sua turma. Indique o tempo médio observado para as condições água fria, água quente e água na temperatura ambiente. Preencha a tabela com os valores médios e os respectivos desvios-padrão. Essa será uma das tabelas do relatório. Condição experimental Temperatura média ( o C) Tempo de dissolução médio (s) Água fria Água na temperatura ambiente Água quente 4) Os resultados obtidos pela turma estão de acordo com o esperado? Considere a temperatura da reação para elaborar a sua resposta. Utilize até 10 linhas (ou 300 palavras) para justificar sua resposta utilizando suas próprias palavras. PARTE 5: Cinética enzimática Objetivo do experimento Verificar a influência de um catalisador (enzima presente na batata) na reação de decomposição da água oxigenada. Resultados 5) Organize os dados experimentais coletados na forma de uma tabela (essa será uma das tabelas do relatório). Discussão 6) Considere todos os experimentos realizados (de acordo com o artigo utilizado como base e indicado no pré-relatório) e discuta os resultados observados. Utilize até 10 linhas (ou 300 palavras) para apresentar sua explicação utilizando suas próprias palavras. 5